Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_2 (1123307), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Первой (выделенной) цифрой или буквой указана хромосома. Остальные цифры и буквы легализируют виутрихромосомную локализацию по МсКццск У.А. "Мепдейап 1пЬепшпсс 1п Мап" 6Ф сд. ЗоЬпя Нор!для 11пцс Ргсзз. 1983. 1 элемента из 3 х 10 в. Достигнутый сегодня уровень развития методов генной инженерии достаточен для работы на таком уровне чувствительности. Под этим термином подразумевается совокупность подходов и методов„с помощью которых можно каждый ген отнести к определенной хромосоме, т.е. составить генетическую карту организма. Например, у человека благодаря применению двух основных методов — гибридизации соматических клеток и гибридизации ш яйи — установлена хромосомная локализация ряда генов, ответственных за некоторые заболевания.
При гибридизации ш зйи препарат метафазных хромосом на поверхности стеклянной пластины инкубируют с радиоактивно меченным зондом. Точную область гибридизации определяют с помощью радиоавтографии (фотографическую эмульсию наносят. непосредственно на пластинку). Образование зерен над гистологически идентифицированной хромосомой позволяет сделать вывод о принадлежности данного гена к конкретной хромосоме, а часто и к определенному ее участку. Некоторые гены человека, локализованные методом гибридизации ш вйи, представлены в табл. 36.5.
Нет сомнения, что в ближайшие годы карта генома человека станет полной: более того, обсуждается принципиальная возможность определения полной нуклеотидной последовательности человеческого генома. Однако уже сейчас, опираясь на имеющиеся данные, можно сделать ряд существенных заключений. 1. Гены, кодирующие белки со сходными функциями, могут находиться в разных хромосомах (а- и 13-глобины).
2. Гены, относящиеся к одному семейству, также могут локализоваться в разных хромосомах (гормон роста и пролактин). 3. Гены, детерминирующие многие наследственные патологии, вызванные недостаточностью специ- Таблица 36.5. Локализация генов человека фических белков (в том числе сцепленные с Х- хромосомой), действительно расположены в совершенно определенных сайтах хромосом. Благодаря использованию клонированных фрагментов установлена хромосомная локализация многих генетических нарушений, для которых не удавалось выявить недостаточности по каким-либо специфическим белкам.
К таким заболеваниям относятся: хорея Гентингтона (хромосома 4); муковисцидоз (хромосома 7); поликистозная нефропатия взрослых (хромосома 16); мышечная дистрофия Дюшенна (Х- хромосома). Если область ДНК, в которой локализован дефект, имеет характерную структуру гена (рис. 36.1), то можно синтезировать этот ген, ввести в соответствующий вектор, добиться экспрессии и изучать функцию.
Кроме того, можно синтезировать олнгопептид, последовательность аминокислот в котором определяется согласно установленной открытой рамке считывания в кодируюшей области. Антитела, полученные против этого пептида, представляют собой инструмент для выявления экспрессии данного пептида (или констатации ее отсутствия) у здоровых и больных людей. Одно из практических применений технологии рекомбинантных ДНК вЂ получен медико- биологической продукции. Генная инженерия дает возможность получать в больших количествах белки, которые не могут быть выделены применением обычных методов очистки (интерферон, плазминоген-активирующий фактор); кроме того, с помощью рекомбинантных ДНК можно нарабатывать специфические белки человека для замены используемых в клинической практике аналогичных белков животных (инсулин, гормон роста).
Достоинства обеих технологий очевидны. Первоначально цели генной инженерии ограничивались получением веществ (как правило, белков) Технология рекомбинантных ДНК 6"г' АТ 'Ю б Р 47 10 Гемоглобинопатия )3'-Талассем ия И ф- Талвссемия Гемоглобин Лепоре (АтбЯ'-Талассемии Рис. Зб.7. Схема кластера генов ~3-глобина и некоторые генетические нарушения, приводящие к заболеваниям.
Ген ~3- глобина расположен в 11-й хромосоме в непосредственной близости от двух генов 1-глобинов и гена б-глобина. Семейство (3-генов организовано в последовательность 5'-Ц-67-АТ-43-б-13-3'. Локус ~ экспрессируется на ранних этапах жизни эмбриона (аД,). Гены Т экспрессируются на стадии плода, образуя фетальный гемоглобин (НЬР, а Т ). Гемоглобин взрослых состоит йэ НЬА (аф,) или НЬА,(п,б ).
Ген цф является псевдогеном; его последовательность гомологична последовательности ~3-гена, но включает мутаций, препятствующие экспрессии. Делеции (затемненные участки) ~3-покуса вызывают 13- талассемию (нелосгаточность нли отсутствие [(3") ~3-глобина). Делецни б- н 13-генов приводят к образованию гемоглобина Лепоре (образуется только а-гемоглобин). Инверсия (А ~)' этой области (неэатемненный участок) полностью ингибирует функцию гена и обусловливает талассемию (тип В1). Каждый тип талассемии характерен для определенных этнических групп. Так (А„~) -талассемня встречается в основном у выходцев из Индии. В этой области генома картированы н многие другие делеции, вызывающие определенный тип талассемии. Генетические изменения, вызывающие заболевания для лечения (инсулин), диагностики (тест на СПИД) и профилактики (вакцина против вируса гепатита В) болезней человека.
В настоящее время представления о возможностях биотехнологии значительно расширились. Так, уже осуществляются попытки сконструировать растения, устойчивые к засухе и экстремальным температурам, а также более эффективно фиксирующие азот. ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ И АНАЛИЗ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ПРИРОДЫ ЗАБОЛЕВАНИЙ Нормальные генетические варианты Точковыс мутации Классический пример заболевания, связанного с точковой мутацией, — серповидноклеточная анемия. Болезнь вызывается заменой всего лишь одного из 3 х 109 оснований, составляющих полный геном человека: в шестом кодоне р-глобинового гена Существуют нормальные варианты последовательностей ДНК человека (полиморфизм).
Такие варианты встречаются примерно 1 раз на 500 нуклеотидов или 10 ' раз на геном. Сюда входят делеции, вставки, а также единичные замены нуклеотидов. У здоровых людей эти изменения либо не затрагивают коднрующих последовательностей, либо происходят в функционально несущественных учасгках кодирующих областей ДНК. Полиморфизм структуры ДНК может быть прямо связан и с определенными заболеваниями. В последние годы феномен полиморфизма все чаще используется для идентификации соответствующих специфических генов. На более ранних этапах развития медицинской генетики существовало представление, что большинство наследственных болезней вызвано точковыми мутациями, которые проявляются в функциональном несовершенстве соответствующего измененного белка. Роль точковых мутаций в возникновении наследственных патологий действительно велика, к этому следует добавить только, что генетические заболевания могут быть вызваны нарушениями на любой стадии процесса, представленного на рис.
36.1. Это положение хорошо иллюстрируется исследованиями гена (3-глобина, имеющего кластерную организацию и картированного на одиннадцатой хромосоме (рис. 36.7, 36.8). Биосинтез дефектного ~3- глобина служит причиной целого ряда заболеваний. Патологические симптомы могут быть связаны с нарушениями как в самом гене, так и в его окружении (табл. 36.6). Глава 36 48 ° ° ( Рнс. Зб.й. Мутации гена 1)-глобина, обусловливающие 13-талассемию. Ген представлен в ориентации 5' -+ 3'.
Заштрихованы нетранслируемые 5'- и 3'-области. При чтении в направлении 5' -+ 3' затемненные участки — экзоны 1- — 3, светлые участки— иктроны 1 и 2. Мутации, затрагивающие контроль транскрипции (ф), локализованы в 5'-фланкирующей области.
Идентифицированы отмеченные на рисунке некоторые ноюеюе-мутации (й), мутации, влияющие на процессинг К) н раацепление РНК (О). В некоторых областях выявлено большое количество мутаций. Такие участки помечены квадратными скобками. Таблица Зб.б. Структурные изменения в гене 13-глобина Заболевание Изменение Затронутая функция Сворачивание белко- вой глобулы Контроль транскрип- ции Сдвиг рамки и мута- ции Образование мРНК Серповидноклеточная анемия 13-Талассемия Точконые мутации р-Талассемия 13а-Талассемия Гемоглобин Лепоре 13-Таяассемия тип 1П Делеция Перестройка Образование мРНК Анализ родословных На примере серповидноклеточной анемии можно убедиться в том, насколько эффективен генноинженерный подход при изучении болезней человека.
Замена основания в кодирующей цепи ДНК гена гемоглобина приводит к изменению последовательносгн, соответствующей шестому колону: ООАС®СС ССТОАСО Делецив, вставки и перестройки ДНК Кодирующая нить Некодирующая нить О О А С®С С Кодирующая нить С С Т О Т ОО Некодирующая нить При этом исчезает сайт рестриктазы Мхг Н (ССТХАОО; стрелками указаны места расщепления„см. табл. 36.1). Другие Мхг Н-сайты (рис. 36.9) остаются аленин заменяется на тимин. С измененного кодона считывается не глутаминовая кислота, а валин, что приводит к структурным нарушениям молекулы рглобина. Некоторые точковые мутации вызывают снижение либо полную остановку синтеза 13-глобина.
Результатом таких нарушений является 13- талассемии (талассемии — класс заболеваний„ связанных с нарушениями синтеза глобина). На рис. 36.8 представлены позиции точковых мутаций, нарушающих какую-либо из многочисленных стадий процесса образования нормальной 13- глобнновой мРНК и. следовательно, вызывающих 13-талассемию, Исследования геномов бактерий, вирусов, дрожжей и дрозофилы показывают, что отдельные участки ДНК могут менять свое положение в геноме. Утрата функционально важного участка ДНК, перестановка фрагментов ДНК внутри гена, вставка в его кодирующий или регуляторный участок, как правило, вызывают изменения в уровне экспрессии данного гена, приводящие к заболеванию.
Молекулярный анализ 13-талассемии выявляет большое число подобных случаев (особенно делеций). Создае- тся впечатление, что кластеры глобиновых генов весьма подвержены повреждениям. Делеции в аглобнновом кластере, локализованном и 16-й хромосоме, приводят к а-талассемии. Для большинства таких делеций отмечена четкая взаимосвязь с этническим происхождением. Жители севера Европы, филиппинцы, негроиды и представители средиземноморских популяций имеют нарушения различного типа, но все они ведут к утрате гемоглобина А и а- талассемии. Подобный анализ можно провести и для многих других заболеваний.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
